基于压力-状态-响应和物元可拓模型的城市河流健康评价

城市河流作为人类活动和自然过程相互作用强烈的区域,承受着人类资源开发利用和污染物排放的压力,但近些年来随着对河流健康的重视,针对城市河流实施了大量的生态治理措施。综合考虑人类正负面影响对河流健康状态的影响,进行河流健康状态的评价,对于城市河流的修复效果检验和管理保护具有重要意义。以南京市鼓楼区典型城市河流西北护城河为研究区,根据河流周边土地利用类型、物理形态差异及城市管网分布将其划分为6个河段,考虑人类修复措施对河流健康水平的影响,构建了基于压力-状态-响应(Pressure-State-Response,PSR)模型的城市河流健康评价指标体系,采用物元可拓模型确定了河段健康等级,并根据各等级综合关联度之间的距离判断河流健康水平的发展趋势。结果表明:压力、状态以及响应准则层的权重分别为0.458、0.311、0.231,压力指标为影响城市河流健康水平的主要因素;西北护城河6个河段的健康水平表现出较强的空间异质性,河段A-F的健康等级分别为中等、健康、亚健康、中等、亚病态和病态,流经公园绿地的河段健康水平明显高于流经居民住宅区的河段,河段B、C、D的健康水平有进一步提升的趋势,而河段A、E、F的健康状态则有进一步恶化的趋势,需要进行重点关注。     

基于PSR的黄河河口区生态系统健康评价

根据压力-状态-响应(PSR)框架模型,从广义上定义河口区生态系统,将河口及毗邻的陆域、海域生态系统作为一个整体,从压力指标、状态指标、响应指标3个方面构建了黄河河口区生态系统健康评价的指标体系,以研究区1991年数据和相关国家标准为基准,2013年代表现况,利用综合指数法(CEI)评价了黄河河口区的生态系统健康状况。结果显示:黄河河口区生态系统健康评价的响应指数最高(0.9055),压力指数居中(0.8288),状态指数最低(0.6458),综合指数为0.7427。总体来看,与1991年相比,目前黄河河口区生态系统仍处于"健康"状态,但健康状况明显下降,其中状态指数下降最为严重。从区域轻度开发到人类活动强烈干扰阶段,黄河河口区存在过度捕捞、湿地不合理开发、浅海养殖过度及污染物排放等一系列影响生态系统健康的问题,应进行区域的生态恢复和科学管理。     

基于PSR方法的区域生态安全评价

生态安全是指一个社会的资源、环境系统能够满足经济、社会需要的同时,又不削弱其自然储量的状态。目前,广泛使用的"压力-状态-响应"(PSR)模型及层次分析法(AHP)存在一定的局限性,尚需要改进。以PSR模型为基础,选择北方针叶林、疏林、农田、荒漠灌丛、沙漠5类生态系统作为区域生态安全评价的参考系,提出了"主观能动响应力度"、"实效响应力度"的概念,综合应用了生态足迹、能值理论给出了计算生态状态指数、响应指数、压力指数的新方法,提出了计算区域生态安全指数的数学模型,增强了评价的客观性、可比性、通用性。以山东省长岛县为例,研究了生态状态、响应、压力之间的作用关系,绘制了生态安全指数的变化曲线,从时间尺度上(1990-2005年)评价生态安全的现状和发展趋势,推导出生态安全状况不断得到改善的必要条件。结果表明:虽然长岛县植被覆盖面积逐年增加,但是生态安全状况却没有得到明显改善,呈下降趋势。因此,植被存量,尤其森林植被的存量在增强生态安全等级上发挥着重要作用。从增加植被存量、加大生态恢复力度和减少生态压力方面提出了改善区域生态安全的建议与对策,为长岛县生态安全管理提供科学依据和指导。     

北方寒冷干旱地区内陆湖泊生态安全评价指标体系研究——以呼伦湖为例

呼伦湖作为我国北方寒冷干旱地区内陆湖泊的典型代表,在涵养水源、调节气候、防风固沙及维系呼伦贝尔草原生态系统平衡乃至我国北方生态安全屏障等方面发挥着不可替代的作用。准确识别呼伦湖流域主要生态安全问题、完善其生态安全评价指标体系对于科学研判呼伦湖生态环境状况、维持区域可持续发展及精准实施底线管控政策具有重要意义。在遥感影像、地面调查、实验模拟等多尺度数据分析基础上,结合历史资料收集、专家咨询、部门访谈等方式分析识别了呼伦湖区域生态安全问题及成因：（1）气候暖干化及超载放牧等因素使得草地退化显著,土地沙化、盐碱化面积扩大;（2）草原退化增加了干草入湖、大气干湿沉降及水土流失等水环境污染负荷;（3）气候暖干化造成湿地萎缩,加之长期的过度捕捞等人类活动使得渔业资源枯竭、鱼类小型化特征显著,水生生态系统稳定性下降,蓝藻水华频发。在全面诊断分析区域生态安全问题的基础上,以山水林田湖草系统方法论为理论指导,以改善呼伦湖流域生态环境质量为核心目标,依据评价指标的针对性、科学性、可操作性及系统性原则,采用压力-状态-响应（Pressure-State-Response,PSR）模型,以气象条件、人口、水资源、水环境压力及人类活动等5个一级指标构成的压力子系统,以水环境状况、水生态状况、陆域生态状况、生态系统服务功能和敏感性、景观格局及生态风险等6个指标构成的状态子系统,以生态治理措施及生态治理投入等2个指标构成的响应子系统,共同组成了一套包含13个一级指标38个二级指标的天空地一体、陆湖统筹的生态安全评价指标体系,以期为呼伦湖及北方寒冷干旱区类似湖泊的生态安全评价研究提供借鉴。     

基于PSR框架,针对土壤侵蚀小流域的土地质量评价

土壤侵蚀与水土流失是我国土地退化的重要形式.建立基于"压力-状态-响应(PSR)"模式的土地质量指标体系能够比较明确反映出土地质量变化的因果关系,从而有助于决策者采取合适的土地政策和管理措施,进行退化土地的恢复重建.在我国水土流失较为严重的黄土高原丘陵沟壑区,选取安塞县大南沟小流域进行案例分析,分别以栅格(10m×10m)和小流域整体为评价对象建立起基于PSR框架,针对土壤侵蚀的土地质量指标体系.前者(以栅格为评价对象)的压力指标主要为坡度,状态指标包括土壤侵蚀强度、土壤肥力和植被盖度,响应指标为土地利用类型;后者(以小流域整体为评价对象)指标包括3个方面,即基于栅格计算的指标、统计指标和格局指标.具体的的压力指标包括地形压力、耕地压力、农作物收入压力以及格局压力等指标,状态指标包括土壤侵蚀强度、土壤肥力、植物盖度、流域出口水土流失和格局状态指标,响应指标包括非农地面积比重和梯田占农地面积比重等指标.以小流域1998年土地利用图为基础,运用模型模拟和统计分析对小流域整体和小流域内土地质量的相对差异进行了评价.结果表明,小流域平均坡度27.85°,最大坡度高达59.39°,耕地平均坡度24.56°,耕地面积比重42.8%,农作物收入比重63%,小流域整体压力评价等级为5等;小流域平均土壤侵蚀强度为36.39t/hm2,流域出口的侵蚀总量为6.03t/hm2,土壤肥力低,植被盖度平均为2.83%;整体状态评价等级为4等;小流域非耕地面积比重为57.2%,梯田占耕地面积比重只有4.01%,小流域整体响应评价等级为4等.小流域内部土地质量的空间异质性较低,流域面积一半的土地质量等级均为4等.不同土地利用类型的土地质量差别较大,质量由高到低依次为林地/灌木林、荒草地、果园/经济林、休闲地、耕地.该研究可为流域土地规划和不同流域土地质量的比较提供一定的科学依据.     

基于能值分析的唐山市生态安全评价

基于“压力-状态-响应(PSR)”模型,运用能值分析方法构建了城市生态安全评价体系和城市生态安全指数（EUESI）,并评价了1995-2005年间唐山市生态安全水平的变化.结果表明：1995-2005年间,唐山市生态安全水平呈先升高后降低的趋势;基于能值分析的研究区城市生态安全指数由1995年的0.017增加到1996年的0.022后逐年降低,2003年进入不安全状态.基于能值分析的城市生态安全评价方法克服了传统评价体系的指标繁多、重复、单位不统一和可比性差等缺点,更加真实客观地反映了城市生态安全状态,为城市生态环境的管理和决策提供了科学依据.     

煤炭资源型城市生态安全评价——以锡林浩特市为例

煤炭资源型城市生态安全评价能够协调人口、资源和环境之间的矛盾,保障城市可持续发展。基于PSR模型,以煤炭资源型城市锡林浩特市为研究区域,从生态环境和社会经济方面共选取了33个指标因子,构建了煤炭资源型城市的生态安全评价指标体系,运用熵权TOPSIS法进行了城市生态安全综合评价,并通过障碍度模型对城市生态安全的主要障碍因子进行了研究。研究结果表明:(1)2008—2017年锡林浩特市生态安全水平总体呈缓慢上升趋势。生态安全综合评价指数从0.464上升到0.553,安全等级由较不安全转为临界安全状态;(2)10年间PSR三大指数表现出不同变化特征。压力指数呈下降后上升再小幅下降的变化趋势,状态指数呈波动上升趋势,响应指数呈快速上升趋势;(3)子系统的障碍度分析表明压力系统的障碍度最大,是影响煤炭资源型城市生态安全的首要因素。子系统的障碍度变化趋势表现为:压力系统和状态系统的障碍度均不同程度增大,响应系统的障碍度越来越小;(4)单项指标的障碍度分析表明影响该资源型城市生态安全的主要障碍因子集中在压力系统和状态系统,10年间最大障碍因子经历了从城镇化率到矿区面积的演变。     

基于压力–状态–响应模型的辽宁省长海海域海洋生物多样性评价

为了准确评价我国北方沿海地区生物多样性状况,研究社会经济发展对生物多样性的影响,我们选择辽宁省长海县开展研究。长海县是中国唯一的海岛边境县,也是我国北方著名的渔业县,捕捞、海水养殖为长海县的支柱产业,境内海洋生物资源丰富。我们收集和监测2004–2013年间长海县的社会经济、生态环境和环境保护等数据,以压力–状态–响应框架模型(PSR框架模型)为基础,筛选出19项指标组成长海县海洋生物多样性评价指标体系。运用层次分析法确定各指标的权重,并计算海洋生物多样性指数,结果发现:2004年海洋生物多样性指数为历年最大,达0.660,评价等级为良;2013年为历年最小,只有0.471,评价等级为中。2004–2007年的海洋生物多样性状况要好于2008–2013年。分析其中的压力、状态和响应指标的变化,发现构成压力指标的工业废水排放量、固定资产投资额、外来物种养殖产量、旅游人数和海上货运量等诸多指标的归一化值多年来均呈明显的下降趋势,说明生物多样性压力呈加大的趋势,对长海县的生物多样性状态存在潜在的影响。     

基于多源数据的泰国生态环境遥感评估

针对国家层次的生态环境状况开展评估与分析对于生态保护和环境治理意义重大, 而遥感技术应用于生态环境评估已经显示出大范围、多尺度、高时效的优势。基于MODIS、灯光数据等遥感产品及社会经济数据, 建立泰国生态环境评估指标体系, 采用层次分析法(AHP)确定各指标层权重, 利用“压力-状态-响应”(PSR)模型开展了泰国2005—2015年生态环境在压力、状态、响应各层和综合状况的时空变化分析。结果表明, 泰国整体生态环境综合状况处于健康等级的中(Ⅲ)级, 呈逐步退化趋势, 2010年至2015年退化程度较大。泰国七个主要地区中, 曼谷地区从生态状况中(Ⅲ)级退化为差(Ⅱ)级; 南部地区生态状况最优, 处于良(Ⅳ)级; 中部和东北部地区生态状况处于差(Ⅱ)级; 北部、西部和东部地区生态状况处于中(Ⅲ)级。泰国生态环境遥感综合评估结合使用了多源遥感数据和社会经济统计数据, 对泰国近十年的生态环境进行评估, 得到了泰国2005年、2010年和2015年三期1 km×1 km象元尺度的生态环境时空变化结果, 可以为区域生态保护战略提供科学依据。     

安徽省沿淮地区生态安全评价模型和指标体系

运用压力-状态-响应（PSR）模型,以安徽省沿淮地区为例进行了生态安全评价研究.根据安徽省沿淮地区的经济、社会和环境特点,提出社会经济作为模型组成部分的区域生态安全综合评价模型及指标体系.采用德尔菲法、层次分析法确定了17项评价指标及其权重,分类建立评价指标数学函数,计算该地区生态安全指数,并与PSR模型的评价结果进行了比较分析.结果表明,PSR模型评价结果为0.41,增加社会经济部分后的PSR模型的评价结果为0.34,两种评价结果同属较不安全等级,但相差为20.6%.区域生态安全评价模型和指标体系的建立应当结合区域特点,采用多模型进行评价,分析差异原因,以确定影响生态安全的主要要素.     

基于指标自动筛选的新疆开孔河流域生态健康评价

生态健康评价对了解区域生态健康状况和促进区域可持续发展具有重要意义,如何自动筛选出能反映生态系统特性的重要指标,是生态健康定量评估的关键问题。基于压力-状态-响应(PSR,Press-State-Response)框架和生态等级网络框架(EHN,Ecological Hierarchy Network),通过文献调研和因果分析建立要素层与指标层之间的交叉联系,构建了生态健康评价"网状"指标体系;在保证指标体系完备性基础上,通过结合主成分分析和熵权法的候选指标权重的客观计算,基于目标优化理论构建了评价指标的自动筛选模型,并基于中选指标计算了新疆开孔河流域2001—2017年生态健康指数(EHCI,Ecological Health Comprehensive Indexes),分析其空间分异和时间变化特征。结果表明:利用所建立的评价指标自动筛选模型,开孔河流域生态健康评价指标由31个候选指标自动筛选出了17个中选指标,用54.8%的指标表达了85.98%的信息,中选的17个指标在干旱/半干旱区域有关文献中应用较多,使用频次比例都在20%以上,其中归一化植被指数(NDVI,Normalized Difference Vegetation Index)、年降水量和植被覆盖度(FVC,Fractional Vegetation Coverage)3个指标的使用频次百分比均超过了50%,说明指标自动筛选模型的合理性;开孔河流域空间分布差异显著,总体上西北高、东南低,东南部和中部绿洲区外围生态健康状况较差,西北部河谷地带和中部两大绿洲区生态健康状况较好;17年来,流域生态质量整体趋于改善,显著改善区域占10.26%,远高于显著退化的1.61%,显著改善区域以孔雀河绿洲最为明显。开孔河流域生态健康的总体好转趋势说明区域生态综合治理取得一定成效。     

Comparison of environmental indicator sets using a unified indicator classification framework

Environmental indicator sets (EIS) are tools to monitor and assess sustainability, and many environmental organizations have embraced their use. Due to the large number of EIS, it is a challenge to compare and reconcile their differences and gain a comprehensive view of their utility. To compare EIS, the first step is to classify their component indicators, for which several frameworks exist. Among the most widely used, is the causal-chain framework, also referred to as PSR after its categories of Pressure, State and Response. Other frameworks classify indicators by subject, yet none is widely applied. Aiming to compare EIS, we first proposed a unified classification criteria for indicators using PSR and five subject categories (i.e., biodiversity and ecosystem health, E; natural resources, N; physical and chemical contamination, C; human environment, H; and general, G). Then, we used these classification criteria to describe and compare fourteen existing environmental indicator sets. Finally, we compared EIS based on their production characteristics and goals. Across the fourteen EIS, we analyzed 706 indicators (which represent ∼1200 variables) and selected 16 and 79 keywords for classification in the PSR and ENCHG categories respectively. We found on average that the ratio of categories in the causal chain framework was 2.5S:1.5P:1R, while we observed a large variability across EIS. For the subject categories, C-E-N were nearly equally represented among EIS, and better represented than H-G. Also, the evaluated EIS showed a polarization between C-H and E categories that we interpreted as a human vs. natural-ecosystem welfare focus. Finally, we identified three broad categories of EIS based primarily on the organization that produced them, non-governmental organizations, governmental organizations, and international organizations. Our results can contribute to the design and implementation of scientifically robust and representative EIS, which are key to incorporate environmental data to policymaking in the search of sustainability.     

OECD pressure–state–response indicators for managing biodiversity: a realistic perspective for a French biosphere reserve

Sustainability is said to be the science of integration, be it integration of scale, discipline or of stakeholders’ interests. One way to integrate such diverse elements is to develop sustainable development indicators. Numerous national and international organizations have attempted to develop such indicators, among which interaction indicators are of critical importance because they enable us to link up human activities, ecological dynamics, and social goals. Among the various ways to develop such indicators, the most common ones are the pressure–state–response (PSR) indicators, as well as others coming from this framework. With realistic methodology one shall observe how PSR indicators might appear as an operational tool to face rapid social and ecological changes within a French biosphere reserve in Brittany. Results suggest that such a framework is insufficient to describe, understand and manage social and ecological interactions.

烟台生态城市建设指标体系构建与评价

城市化进程导致的生态环境问题严重制约了城市的发展.建设生态城市是实现可持续发展的重要举措.该研究运用PSR模型建立烟台生态市建设的指标体系框架,在国家生态市建设指标的基础上针对沿海城市生态建设的特征构建了烟台生态市建设的指标体系,并运用全排列多边形图示指标法对烟台市进行了生态城市综合发展能力的趋势分析.结果表明,从2005年到2010年综合发展能力从一般到较好;根据《烟台生态市建设规划》的方案,预测到2020年综合发展能力将从2010年的较好发展到良好.此研究提出了具有针对性的管理措施.研究为烟台生态市建设提供了科学依据,对沿海生态城市评价指标体系的完善作了有益补充.     

基于变权-物元分析模型的老工业基地区域生态安全动态预警研究——以吉林省为例

生态安全预警是生态安全研究的重要内容,对维护区域生态安全具有重要的意义。老工业基地区域生态安全预警研究具有一定的特殊性和典型性,选取吉林省为研究区,基于压力、状态、响应(P-S-R)和生态、环境、经济、社会(E-E-E-S)框架模型构建生态安全预警指标体系,运用变权-物元分析模型对1991—2011年吉林省区域生态安全的预警等级进行了测度,并结合灰色系统GM(1,1)预测模型对2015年、2020年区域生态安全态势进行预测预警。研究结果表明:(1)1991—2011年,吉林省生态安全总体水平呈逐步上升的趋势,区域生态安全预警等级从"巨警"上升为"轻警",指示灯由"红色预警"逐步变为"蓝色预警";(2)2015年,吉林省的生态安全预警等级属于"轻警",指示灯为"蓝色预警",到2020年,吉林省的生态安全预警等级属于"无警",指示灯为"绿色预警",但具有向"轻警"变化的态势;(3)制约吉林省生态安全水平提升的主要因素包括单位面积耕地化肥负荷量、城镇化、人均水资源量、GDP增长率、第一产业占GDP比重等,这些因素应是今后生态环境保护调控的重点,本研究为吉林省经济-生态-社会可持续发展提供参考。     

基于网络分析的生态建设评估指标体系定量选取——以福建省为例

科学有效的指标体系是开展区域生态建设评估以及规划、管理的重要技术手段。然而目前在生态指标体系构建中仍缺乏对指标内涵的系统研究,同时指标的选取过程不够透明,掺杂诸多主观臆断,损害了生态指标体系构建的科学性和有效性。针对福建省生态建设实践,将网络分析与量化指标选择过程相结合,(1)根据福建省生态建设规划和目标,建立主题导向的生态省建设评估网状指标体系;(2)从因果联系、生态过程和管理需求三方面分析各个备选指标之间的相互联系,形成基于主题导向的生态指标网络;(3)根据生态指标应用的科学性和实用性标准,基于网络分析原理,建立生态建设评估指标选择标准矩阵和备选指标矩阵;(4)构建面向经济社会成本和生态完整性的指标选取模型,定量化选取符合福建省实际发展特征的生态建设评估操作指标体系。将有助于深入理解生态建设评估指标体系的内涵,提高指标体系构建的科学性和系统性,提升生态指标体系在实际生态建设评估、规划和管理应用中的效用。     

Twenty volumes of ecological indicators – An accounting short review

In this paper some tendencies of indicator development and application are presented from a quantitative and a qualitative point-of-view. The results of a mainly statistical analysis of the first twenty volumes of the journal Ecological Indicators are described and discussed. The focus of this investigation has been set on five questions:.

• (A)Which types of ecological indicators have been applied and how frequently have they been used?
• (B)In which management context have the indicators been applied?
• (C)Which integrative tools have been utilized to present the results in an aggregated form?
• (D)Has a theory for the application and interpretation of ecological indicators been developed?
• (E)Which are the resulting challenges in indicator development and application?

The answers to the first three questions are given in tables and figures, while the fourth question is answered shortly and with references to the key papers that are covering the theoretical considerations behind the application of ecological indicators. Discussing the focal challenges it is foreseen that two theoretical questions will require enhanced attention the coming years: to apply fewer and more general indices and to translate the multitude of indicators to the concept of sustainability that covers the ecological–sociological–economic and political background of the overall indication activities. Furthermore, the general demands for aggregation and integration and an assessment of normative loadings in indicator systems are listed as focal tasks for future development in the field.     

基于可拓分析的区域生态安全预警模型及应用——以陕西省为例

生态安全问题是当前人类社会可持续发展面临的主要问题,预警是生态安全研究的重点。根据生态安全预警多层次、多维度和动态性的要求,利用可拓综合分析方法,建立了区域生态安全的"状态-胁迫-免疫"(State-Danger-Immunity,SDI)动态预警模型。运用该模型对陕西省历史年份(1990-2007年)生态安全进行定量评估,并对规划年份(2010年)生态环境进行动态预警。研究结果表明,陕西省1990年至2007年的生态环境从"不安全"状态到"较不安全"状态再到"较安全"状态,呈逐渐好转的趋势,但生态安全整体水平较低,均处于"安全"水平以下;2010年陕西省生态安全为"蓝色"预警,且具有向"黄色"预警变化的趋势,水资源出现"橙色"预警,是影响陕西生态安全的主要因素。     

Using a network framework to quantitatively select ecological indicators

Ecological indicators are often constructed as an integrated set to represent key information and characteristics of the ecosystem which are tightly linked to management objectives. As an effective tool, ecological indicators play an increasingly important role in ecosystem monitoring, assessment and management. Reasonable selection of an indicator is a prerequisite for effectively using it. A defined protocol with scientific rigor to select ecological indicators is imperative to solve the challenges in ecological indicator selection. This paper compares the Causal Network (CN) with the Ecological Hierarchy Network (EHN) as a framework to select ecological indicators. These frameworks are not exclusive but interdependent in constructing a network framework. Based on the network framework, a quantitative ecological indicator selection method is demonstrated through a theoretical example. In the selection process, the criteria and requirements considering the balance of science and utility are proposed and translated into quantitative constraints of a selection model. By resolving the model under a mathematical operation, the human arbitrary disturbance will be reduced and random selection minimized.